[发明专利]基于压裂圈的强地压巷道应力转移方法

权利要求书

1.一种基于压裂圈的强地压巷道应力转移方法，首先根据巷道所处的应力环境，找出目前已经或者以后可能会导致巷道发生强地压的应力源，然后针对性的施工钻孔进行压裂，在巷道围岩内形成一圈“人为弱化带”，即“压裂圈”；压裂圈的半径由在支护体的边缘留设一定宽度的安全煤岩柱屏障来确定；压裂圈的宽度根据围岩结构、地应力条件和施工工艺情况确定，地应力越大，压裂圈的宽度就越大；宽度大的压裂圈，采用施工钻孔、整段压裂；窄压裂圈，即“切阻断圆”采用施工钻孔、预割缝、孔底压裂；

“压裂圈”的形式根据条件的不同而变化：当需要阻断高应力和采动应力向巷道传播时，在所述巷道内向应力集中的目标围岩处施工钻孔，钻孔末端的垂直位置位于目标围岩内，目标围岩是顶板、底板或两帮中的一种或多种；调节压裂段的长度来控制形成的压裂圈宽度，较小宽度的压裂圈近似为一个压裂圆，称为“切阻断圆”，利用“切阻断圆”主动切断采动应力和深部矿井远场传递过来的高应力以及地质构造带的高应力，实现应力阻断；当需要切断坚硬悬顶的时候，形成的压裂圈不仅宽度较小，而且仅需要压裂圈的一部分即可达到目的，此时的压裂圈称为“切阻断弧”，利用“切阻断弧”主动切断坚硬悬顶对巷道卸荷减负；

其特征是：在所述顶板中存在一层或者多层坚硬的岩层时，

在巷道内斜向坚硬顶板中施工钻孔，巷道和采空区中间具有一定宽度的煤柱，钻孔末端在水平方向的位置内错入煤柱一定距离，钻孔末端在竖直方向的位置位于坚硬顶板的中心，在钻孔中预先割缝，然后进行压裂，单个压裂形成的裂缝沿着导向割缝扩展并延伸，形成一条或者多条以钻孔的末端为中心，具有一定方向性和范围的裂缝面，在巷道长轴方向上成排的施工钻孔并进行压裂，压裂形成的裂缝连通或间隔，整体切断坚硬悬顶，从源头把高应力消除；

对于顶板坚硬容易造成大面积顶板悬而不断的矿井，在工作面回采过后形成的悬顶，进行事后压裂切断，或者在工作面回采之前，预先按照设计对坚硬顶板进行压裂，形成破裂面，待工作面回采过后，已经压裂切断的顶板在重力作用下自行垮落，避免坚硬悬顶的产生；

“切阻断圆”和“切阻断弧”切断传播应力的所有目标岩层；坚硬悬顶的“切阻断弧”为切断坚硬悬顶的破裂面，称为断顶线，断顶线的最佳位置为煤柱塑性区和破碎区的交界线。

2.根据权利要求1所述的一种基于压裂圈的强地压巷道应力转移方法，其特征是：在巷道内沿着巷道方向向所述坚硬悬顶成排间隔施工长钻孔和短钻孔，长钻孔和短钻孔的末端在垂直方向上位于坚硬顶板的中心；其中，长钻孔仰角小，距离长，更靠近采空区侧，更远离巷道，短钻孔仰角大，距离小，更远离采空区侧，更靠近巷道；长钻孔末端位置呈线性分布，作为主要压裂孔，短钻孔靠近巷道侧，钻孔末端位置呈线性分布，作为辅助压裂孔；沿着巷道方向上呈现长钻孔-短钻孔-长钻孔的连续交错布置方式，长短钻孔之间存在一定的间距，在钻孔中先预割缝后压裂，在主要压裂孔和辅助压裂孔形成“长孔压裂弧”和“短孔压裂弧”，“长孔压裂弧”用来切断坚硬顶板岩层，“短孔压裂弧”用来阻断顶板断裂形成的冲击能量对巷道的影响。

3.根据权利要求1所述的一种基于压裂圈的强地压巷道应力转移方法，其特征是：

当存在两层或者多层坚硬顶板时，在每一层坚硬顶板内对应布置一组钻孔，几层坚硬顶板就对应几层钻孔，同一层坚硬顶板的一组钻孔布置方式完全相同，钻孔末端的竖直方向位于坚硬顶板的中心，对多层坚硬顶板分层压裂，使得多层坚硬顶板分层断裂。

4.根据权利要求1所述的一种基于压裂圈的强地压巷道应力转移方法，其特征是：在深部矿井高地应力巷道在掘进成型初期或者回采工作面的超前应力影响巷道之前，或者受地质构造带高应力影响的巷道，在巷道内向顶板、底板或两帮中施工钻孔至传递应力的目标岩层或者整个围岩中，然后封孔、预割缝、孔底压裂，形成窄压裂带或裂缝面，即“切阻断圆”，通过“切阻断圆”来阻隔高应力向巷道方向的传播，实现应力转移。